1、Deform-3d 热处理模拟操作热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很
2、复杂，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在 17 世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数 f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程 f(x) = 0 的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程 f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。但由于目前 Deform-3d 软件的材料库只带有 45 钢、15NiCr13 和 GCr15 等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更
3、多分析需要进行二次开发。本例以 45 钢热处理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用 Deform-3d 热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。1 、问题设置点击“文档”（File）或“新问题”（New problem），创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图 1。图 1 设置新问题2、初始化设置完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制（English）修改成公制（SI），同时选中“形变”（Deformation）、“扩散”(Diffusion)和“相变”(Phase transform
4、ation)，见图 2。图 2 初始化设置3、输入几何体在工件几何体输入对话框内，选择从数据库或关键文件夹（Import from a geometry,. Key or DB file）中输入，见图 3。输入的文件必须是 STL 格式的，见图 4。图 3 输入几何体图 4 选择几何体文件4、网格划分工件输入后，可以进行网格划分。这里取网格数 8000；表面网格结构(Structured surface mesh)中，层的数量取 1；层厚度(Layer thickness)为0.005；厚度模式(Thickness mode)取与外形尺寸成比例（ Ratio to overall dimens
5、ion），见图 5。*其实层厚度是默认好的，点击图标，就会显示默认的数据，然后点击“OK”，完成设置，见图 6。网格生成后的工件三维图形见图 7。图 5 网格划分图 6 层厚度设置图 7 网格生成后的工件三维图形5、材料设置1）选择从数据库或关键文件夹（Import from .DB or .KEY files）中输入，见图 8。由于数据库和关键文件夹尚未建立，因此在选择从数据库或关键文件夹选项后，不要直接点下一步，而是点击高级（Advanced）,这时会弹出材料设置对话框，见图 9。图 8 材料输入图 9 材料设置2）在材料设置对话框中点击从材料库中加载（Load from lib.）。并在
6、弹出的对话框中选择“Steel”,“AISI-1045_Heat Treatment”,类似国产 45 钢，并加载，见图 10。加载后，材料列表中会显示材料型号以及相变名称，这里显示的是 45 号钢以及奥氏体、珠光体和马氏体，见图 11。图 10 选择钢号图 11 加载后的材料列表3）输出材料保存到关键文件夹。点击输出（Export），在关键文件夹中选择材料并保存，见图 12。图 12 保存到关键文件夹4）打开保存到关键文档中的材料并加载，完成材料的设置，见图 13。图 13 完成材料设置(to be continued)6、工件初始化设置在工件初始化对话框中，将温度(Temperature)
7、、原子(Atom)、相体积分数(Phase volume fraction) 均选择为均匀（Uniform）。并将温度设置为“20”；原子为“0.44”；将马氏体(Martensite)的体积分数设置为“1”，见图 14。*原子百分比设置这里指含碳量。可以从材料性能表中的描述（Description）一栏中查到，见图 10。图 14 初始化设置7、介质的详细设置介质设置的界面见图 15，这里的介质主要有加热炉和水。图 15 介质设置界面1）加热炉设置：点击“加号”，在弹入的框中用英语填写“Heating Furnace”，然后点击“OK”完成设置，见图 16。图 16 加热炉设置2）加热炉参数
8、设置：点击“减号”，去掉“Media 1”，将热传递系数（Heat transfer coefficient）改成 0.1，选中辐射“Radiation”见图 17。图 17 加热炉参数设置3）添加介质水：点击“加号”，在弹出的图框中填写“water”,将默认的热传递系数修改为“7”，取消选择辐射，见图 18。图 18 介质水的设置4）添加区域 1（Zone1）在区域设置栏中，点击“添加”，会自动生成“Zone1”，见图 19。图 19 添加区域 15）写入对流系数在常数（Constant）项的下拉菜单中，选择与温度关联“f(temp.)”，见图 20。写入对流系数 (Convection c
9、oefficient)，具体见图 21。图 20 选择 f(Temp)图 21 温度与对流系数设置Temperorature Convection Coefficient20 2.1250 2.8500 6.8750 4.01000 2.58、工艺程序设置工艺程序设置包括，持续加热（冷却）时间、介质、温度等参数设置。这里设置了三个阶段，分别为预热阶段升温阶段和冷却淬火阶段，其中预热和升温介质为加热炉（Heating furnace），冷却淬火介质为水(Water)。1）预热阶段：温度 550C，持续加热时间 1800 秒；2）升温阶段：温度 900C，持续加热时间 7200 秒；3）冷却阶段：温度 20C，持续冷却时间 600 秒。同时在开始操作（Start operation）栏目中，选择“2”。详见图 22。
